"Dan Ferro has taught some of the most
important singers of the 20th Century"
Brian Zeger - The Juilliard School
The Metropolitan Opera

"Intensive study of vocal technique as applied to the literature for active singers"

Mécanismes de résistance aux quinolones

L’augmentation de l’utilisation des fluoroquinolones a conduit à une résistance accrue à ces antimicrobiens, avec des taux de résistance variables selon l’organisme et la région géographique. La résistance aux fluoroquinolones résulte généralement d’altérations des enzymes cibles ADN gyrase et topoisomérase IV et de changements dans les médicaments. entrée et efflux Les mutations sont d’abord sélectionnées dans la cible la plus sensible: ADN gyrase chez les bactéries gram-négatives ou topoisomérase IV chez les bactéries gram-positives. Des mutations supplémentaires chez la cible la plus sensible suivante, ainsi que dans les gènes contrôlant résistance aux quinolones peut également être médiée par les plasmides qui produisent la protéine Qnr, qui protège les cibles de quinolone de l’inhibition des plasmides Qnr ont été trouvés aux États-Unis, en Europe, et Asie de l’Est Bien que la Qnr ne produise à elle seule qu’une faible résistance, sa présence facilite la sur des mutations de résistance de plus haut niveau, contribuant ainsi à l’augmentation alarmante de la résistance aux quinolones

La résistance aux quinolones a toujours été un problème depuis l’introduction de l’acide nalidixique en médecine clinique sarcome. Il y a quelques années, la plus grande puissance des fluoroquinolones, comparée à celle des quinolones plus anciennes, a permis une certaine complaisance quant à leur utilisation, mais les résultats positifs du traitement ont conduit à une augmentation de l’utilisation, ce qui a entraîné une augmentation du taux de résistance. , l’utilisation de fluoroquinolones aux Etats-Unis a augmenté de ~%, avec un doublement du taux de résistance à la ciprofloxacine parmi les bacilles gram-négatifs isolés dans les unités de soins intensifs des hôpitaux La figure montre des estimations de résistance aux souches isolées des enquêtes hospitalières Aux États-Unis, aux États-Unis, plus de% des bactéries entériques, par exemple Enterobacter cloacae, Morganella morganii, Proteus mirabilis et Serratia marcescens étaient résistantes à la ciprofloxacine. Le taux de résistance à la ciprofloxacine était encore plus élevé chez Pseudomonas aeruginosa et pathogènes à Gram négatif non-entériques Il existe des associations frappantes entre la résistance aux quinolones et à l’oxacilline chez les Staphylococcus au reus, résistance à la vancomycine parmi les espèces d’Enterococcus, et production de β-lactamases à spectre étendu parmi Klebsiella pneumoniae Des taux encore plus élevés de résistance aux quinolones ont été signalés dans d’autres parties du monde Par exemple, pendant -, ~% d’Escherichia Les souches de coli isolées d’infections nosocomiales à Pékin étaient résistantes à la ciprofloxacine Bien que les pathogènes respiratoires, par exemple Moraxella catarrhalis, Haemophilus influenzae et Streptococcus pneumoniae, soient généralement sensibles aux quinolones, une résistance a été rapportée dans des foyers localisés , La résistance est également devenue un problème lorsque les fluoroquinolones sont utilisées pour traiter la gonorrhée et, dans certaines parties du monde, peut poser un problème pour le traitement des infections entériques dues à Salmonella, Shigella ou Campylobacter. espèce

Figure Vue largeTélécharger diapositivesNotifications actuelles de la résistance à la ciprofloxacine parmi les isolats prélevés dans des hôpitaux aux États-Unis BLSE, production de β-lactamases à spectre étendu; SARM, Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline ou à l’oxacilline; VRE, entérocoques résistants à la vancomycineFigure View largeTélécharger Diapositives actuelles de résistance à la ciprofloxacine parmi les isolats prélevés dans des hôpitaux aux États-Unis BLSE, production de β-lactamases à spectre étendu; SARM, Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline ou à l’oxacilline; ERV, entérocoques résistants à la vancomycine

Mécanismes de résistance aux cibles et aux enzymes

Trois mécanismes de résistance aux quinolones sont actuellement reconnus: les mutations qui modifient les cibles médicamenteuses, les mutations qui réduisent l’accumulation de médicaments et les plasmides qui protègent les cellules des effets létaux des quinolones Les cibles des quinolones sont les enzymes bactériennes essentielles ADN gyrase et ADN topoisomérase IV Les deux sont de grandes enzymes complexes composées de paires de sous-unités Les sous-unités de l’ADN gyrase sont GyrA, une protéine -kDa codée par le gène gyrA, et GyrB, une protéine -kDa codée par le gène gyrB Les sous-unités correspondantes de topoisomérase IV sont ParC kDa et ParE kDa ADN gyrase peut introduire des supercellules négatives dans l’ADN, peut enlever les deux supercoils positifs et négatifs, et peut caténater et décaténer les molécules circulaires fermées ADN topoisomérase IV peut également supprimer les super-bobines positives et négatives et est encore mieux à la décaténation gyrase Les enzymes travaillent ensemble dans la réplication, la transcription, la recombinaison et la réparation de l’ADN Les enzymes transitoirement b reak les deux brins d’ADN double brin, et, dans une réaction ATP-dépendante, passer une deuxième double hélice d’ADN à travers la cassure, qui est ensuite rescellée Les quinolones bloquent la réaction et piègent la gyrase ou la topoisomérase IV comme médicament-enzyme- Complexe d’ADN, avec libération subséquente de cassures d’ADN bicaténaires létales Quelques bactéries peuvent fonctionner avec seulement l’ADN gyrase, mais la plupart des bactéries ont les deux enzymes Chez les bactéries Gram négatif, la gyrase est plus sensible à l’inhibition par les quinolones topoisomérase IV, alors que chez les bactéries gram-positives, la topoisomérase IV est habituellement la cible principale, et la gyrase est intrinsèquement moins sensible. Par conséquent, les mutations de résistance apparaissent d’abord dans le gyrA chez les bactéries gram-négatives. La résistance implique des substitutions d’acides aminés dans une région de la sous-unité GyrA ou ParC appelée «région déterminant la résistance aux quinolones». QRDR Cette région apparaît sur la surface de liaison à l’ADN de l’enzyme , et, pour E coli, ADN gyrase comprend les acides aminés entre les positions et , avec des “points chauds” pour la mutation aux positions acides aminés et QRDR dans l’ADN gyrase est proche de la tyrosine, qui est liée de manière covalente aux groupes phosphate sur l’ADN réaction Inversement, chez S aureus ou S pneumoniae, les mutations cibles initiales surviennent plus fréquemment en parC, alors que chez les souches hautement résistantes, des mutations supplémentaires sont trouvées dans gyrA et parE Une fois qu’une mutation de première étape a réduit la susceptibilité de l’ADN gyrase dans un organisme gram négatif, des mutations supplémentaires dans gyrA ou des mutations dans gyrB ou parC peuvent encore augmenter la résistance, bien qu’elles soient inefficaces en elles-mêmes dans une cellule bactérienne avec le GyrA de type sauvage, parce que la cible la plus sensible fixe la niveau de susceptibilité Un mécanisme plausible pour la façon dont ces substitutions diminuent la susceptibilité est qu’elles réduisent l’affinité du médicament. En support de ce modèle, des substitutions simples et doubles dans la QRDR de E coli g yrase réduisent la liaison des quinolones au complexe enzyme-ADN Alternativement, les mutations peuvent altérer marginalement la fonction enzymatique cible et ainsi réduire la formation de complexes enzyme-ADN et les cassures létales bicaténaires de l’ADN

Mécanismes de résistance à l’efflux

Pour atteindre leurs cibles, les quinolones doivent traverser la paroi cellulaire et la membrane cytoplasmique des bactéries gram-positives; Chez les bactéries gram-négatives, les quinolones doivent traverser une membrane externe supplémentaire. Les bactéries Gram-négatives peuvent réguler la perméabilité membranaire en altérant l’expression des protéines porines de la membrane externe formant des canaux de diffusion passive, comme les protéines membranaires externes OmpF et OmpC chez E. coli. les bactéries gram-négatives et gram-positives ont des systèmes d’efflux non spécifiques, dépendants de l’énergie, dont certains sont exprimés constitutivement et d’autres sont contrôlés par des systèmes de régulation globaux ou sont inductibles par mutation In E coli, la pompe d’efflux AcrAB-TolC Les mutations dans acrR un répresseur de acrAR augmentent l’activité de la pompe Inversement, les mutations qui inactivent marR un répresseur de marA permettent à MarA d’activer acrAB, tolC, et un gène qui diminue la traduction de ompF, diminuant ainsi collectivement l’afflux et augmentant l’efflux des quinolones D’autres bactéries entériques semblent être équipées de manière similaire P aeru ginosa a au moins des pompes d’efflux qui peuvent exporter des quinolones et d’autres agents antimicrobiens Des pompes d’efflux ont également été trouvées chez Stenotrophomonas maltophilia et Acinetobacter baumannii En S aureus, la résistance aux quinolones est associée à une expression accrue de norA, Le non-spécifique des pompes à efflux signifie également qu’elles peuvent être activées en réponse à une variété d’autres composés, y compris les antibiotiques nonquinolones, les antiseptiques , les détergents, et même le salicylate de sodium Les altérations cibles et l’activation efflux sont souvent retrouvées dans des isolats cliniques résistants. En effet, chez E. coli, en l’absence de pompe d’efflux AcrAB, les mutations gyrA n’augmentent guère les CMI des quinolones. avec un système d’efflux fonctionnel, des mutations uniques dans gyrA ne produisent qu’un faible accroissement de la résistance, La CMI de la ciprofloxacine est ≤ μg / mL seulement avec une deuxième mutation dans le gyrA ou une mutation du parC est un niveau de résistance clinique, c.-à-d. une CMI de ≥ μg / mL atteinte [ ,] En général, plus un isolat clinique est résistant, plus il contient de mutations associées à la résistance aux quinolones En principe, une quinolone ciblant à la fois la gyrase et la topoisomérase IV serait la moins susceptible d’induire une résistance mutationnelle. Malheureusement, différentes approches donnent des réponses différentes Par exemple, comme mesuré par surenroulement ou décaténation, la gémifloxacine a une activité inhibitrice presque équivalente contre l’ADN purifiée de S pneumoniae gyrase ou la topoisomérase IV. , mais, tel que mesuré par la stabilisation du complexe clivable, la topoisomérase IV est parfois plus sensible La gemifloxacine cible également la gyrase purifiée et la topoisomérase IV purifiées in vitro, mais les mutations de première étape ne surviennent que dans la topoisomérase IV, ce qui suggère que c’est la cible préférée Les quinolones à double action peuvent exister, mais, au moins pour les bactéries gram-positives, il est difficile d’en trouver un répondant à d’autres critères d’utilité clinique.

Taux D’émergence De Résistance Aux Quinolones Et La Concentration Protectrice Mutante MPC

Les bactéries ont une certaine flexibilité pour fixer le taux de mutation Si le taux de mutation est trop élevé, des mutations délétères pourraient s’accumuler, mais un taux légèrement supérieur à la moyenne pourrait être un avantage pour développer une résistance, en particulier lorsque plusieurs événements sont nécessaires. Lorsque le taux de mutation des souches d’E. Coli responsables des infections urinaires a été comparé à leur CMI de quinolone ou au nombre de mutations associées à la résistance aux quinolones, une corrélation positive forte a été trouvée pour soutenir une association entre un taux de mutation accru et une accumulation réussie. des mutations associées à la résistance à la quinolone Certains plasmides en particulier ont un effet mutateur sur la fréquence des mutations de E coli à la résistance aux quinolones Un tel plasmide a récemment montré qu’il codait pour une ADN polymérase spécialisée dans le contournement des lésions. de l’ADN endommagé Quinolones eux-mêmes induire le système SOS, ce qui conduit à un taux de mutation élevé , et les mutations associées à la résistance aux quinolones se sont révélées adaptatives en ce sens qu’elles peuvent se produire dans des cellules qui ne se divisent pas ou se divisent lentement Zhao et Drlica et Drlica ont introduit une mesure utile de la capacité des bactéries à Acquérir une résistance aux quinolones par mutation Si une grande bactérie d’inoculum est plaquée sur des concentrations d’une quinolone supérieures à sa CMI, et que les bactéries survivantes sont comptées après des jours d’incubation, on obtient une courbe telle que celle montrée sur la figure. aucun mutant n’est obtenu est appelé “MPC”, et la plage de concentrations dans laquelle la sélection des mutants se produit, à savoir la fenêtre de sélection mutante se trouve entre le MIC et le MPC Un double mutant pourrait croître à une concentration supérieure à la MPC mais ne serait pas Dans la mesure où la concentration sérique ou tissulaire d’une quinolone peut être maintenue à un niveau supérieur à celui des MPC, aucune sélection de Par ce raisonnement, la quinolone optimale est celle dont la fenêtre de sélection mutante est la plus étroite, et le meilleur calendrier pour l’administration du médicament est celui qui maintient une concentration de quinolone supérieure à la CPM pendant la plus grande partie de l’intervalle posologique possible. possibilité de sélection mutante

Figure Large ViewTéléchargement de la concentration de fluoroquinolone sur la récupération des colonies d’Escherichia coli J Une grande bactérie d’inoculum et des dilutions appropriées ont été appliquées sur des plaques d’agar Mueller-Hinton contenant la concentration indiquée de ciprofloxacine, et les colonies survivantes ont été comptées après incubation. Une grande bactérie d’inoculum et des dilutions appropriées ont été appliquées sur des plaques de gélose de Mueller-Hinton contenant la concentration indiquée de ciprofloxacine, et les colonies survivantes ont été comptées après incubation pour l’organisme. a une susceptibilité réduite aux quinolones, même si la mutation ne confère pas de résistance clinique, alors le MPC sera augmenté, ce qui rendra plus facile l’acquisition d’une résistance plus élevée que celle d’une souche E. coli avec une substitution sérine-leucine en position acide aminé dans GyrA, qui augmentent Comme la CMI de la ciprofloxacine à seulement μg / mL, a produit une augmentation de la MPC de & gt; μg / mL Étant donné que la concentration sérique maximale de ciprofloxacine mg bid est de μg / mL et que% du médicament est lié aux protéines, une souche présentant une telle mutation gyrA aura plus de chance d’acquérir des mutations de résistance supplémentaires pendant le traitement. l’utilisation de quinolone est un facteur de risque pour le développement d’une résistance cliniquement significative, et l’utilisation répétée du même agent augmente la probabilité d’échec thérapeutique

Figure Vue largeDownload slideEffet d’une mutation gyrA chez Escherichia coli J sur la récupération de mutants résistants à la ciprofloxacine, sélectionnés comme décrit dans la légende pour la figure Figure largeDownload slideEffet d’une mutation gyrA chez Escherichia coli J sur la récupération de mutants résistants à la ciprofloxacine, sélectionné comme décrit dans la légende pour figurer

Résistance induite par un plasmide

Les plasmides peuvent également produire une résistance directe aux quinolones Une résistance aux quinolones médiée par des plasmides, longtemps considérée comme inexistante, a été découverte dans un isolat clinique de K pneumoniae de l’Alabama qui pourrait transférer une faible résistance aux quinolones à E. coli et à d’autres bactéries Gram négatif. Le plasmide a augmenté la CMI pour toutes les quinolones testées mais pas pour la coumermycine A, un inhibiteur nonquinolone de la fonction GyrB car le plasmide n’a pas affecté les concentrations intracellulaires de quinolones ni l’expression de la porine de la membrane externe et a continué à augmenter la résistance chez E. coli des souches avec des mutations gyrA, gyrB, parC, ompF, ompC ou marR, un nouveau mécanisme de résistance a été suggéré Le gène de résistance aux quinolones à médiation plasmidique a été nommé “qnr”. Le gène a été cloné et produit une protéine -aaa appartenant à la famille des pentapeptides à répétition , dont les membres sont impliqués dans les interactions protéine-protéine La protéine Qnr purifiée s’est révélée se lier à et protéger les deux D NA gyrase et topoisomérase IV d’inhibition par la ciprofloxacine [, -] Quand une recherche a été faite pour d’autres plasmides portant le gène qnr, elle n’a pas été trouvée dans & gt; Les seules exceptions concernaient des souches collectées au cours d’une période de 1 mois à l’Université de l’Alabama à Birmingham, où le gène qnr a été détecté pour la première fois . Le gène qnr a été trouvé dans des isolats cliniques de E coli de Shanghai, Chine, une région où les isolats ont des niveaux élevés de résistance à la ciprofloxacine Bien que les plasmides de l’Alabama et de Shanghai portaient des qnr assez différents, le gène lui-même était pratiquement identique, avec seulement un changement de nucléotide modifier la séquence des acides aminés Dans d’autres enquêtes sur les souches cliniques contemporaines des États-Unis, qnr a été détectée dans des isolats supplémentaires de K pneumoniae et, également, dans E cloacae Il a été rapporté dans des souches d’Egypte , Corée et Pays-Bas ; ainsi, qnr est déjà largement distribué géographiquement Généralement, les plasmides portant qnr ont également codé une BLSE, comme l’enzyme de type AmpC FOX- ou les BLSE CTX-M- ou SHV- Une telle liaison pourrait être l’une des raisons de la fréquence élevée de la résistance aux quinolones observée chez les bactéries productrices de BLSE Sur les plasmides étudiés, qnr a été cartographiée dans une structure de type integron ou integron près d’un élément appelé “Orf” Orf est supposé être une recombinase impliquée dans le site Cette localisation suggère que qnr a été acquis à partir d’une autre source, mais on ne sait pas d’où provenait qnr Malgré la disponibilité de séquences d’ADN pour un nombre croissant de génomes bactériens, aucune correspondance avec qnr n’a été trouvé Deux membres de la famille de protéines pentapeptide repeat sont liés – au moins en termes de fonction – à Qnr McbG est l’une des protéines produites par les souches qui font la microcin B, qui cible l’ADN gyrase McbG est Pour réduire la susceptibilité de la gyrase à certaines auto-inhibition Elle réduit également la sensibilité à certaines quinolones Le second parent Qnr est la MfpA, une protéine clonée du génome de Mycobacterium smegmatis, qui a un effet sur la sensibilité à la ciprofloxacine Qnr, McbG, et MfpA ont moins d’identité d’acides aminés et, par conséquent, ne sont pas étroitement liés, mais leur existence suggère que Qnr pourrait avoir évolué d’une protéine immunisée conçue pour protéger l’ADN gyrase et l’ADN topoisomerase IV de certains inhibiteurs naturels. Qnr à lui seul fournit un niveau de résistance aux quinolones comparable à celui fourni par une mutation de première étape dans l’ADN gyrase, par exemple, un changement de la CMI de la ciprofloxacine de μg / mL, est une telle résistance de bas niveau cliniquement importante. l’émergence d’une résistance de niveau supérieur est augmentée dans une souche d’E. coli avec un plasmide portant qnr La présence de qnr élargit la fenêtre de sélection mutante, comme indiqué pour une mutation gyrA dans la figure, et simi augmente la CPM de la ciprofloxacine par multiplication, ce qui facilite la sélection de mutations de résistance supplémentaires

Figure Vue largeDownload slideEffet du plasmide pMG portant qnr sur la récupération des mutants résistants à la ciprofloxacine, sélectionné comme décrit dans la légende pour figurer Figure Vue largeDownload slideEffet du plasmide pMG portant qnr sur la récupération des mutants résistants à la ciprofloxacine, sélectionnés comme décrit dans la légende Le gène qnr semble être une acquisition récente sur les plasmides, mais ce n’est pas nécessairement le dernier mot de la résistance bactérienne aux quinolones. D’autres membres de la famille qnr pourraient être trouvés. La prévalence des gènes mutants codés par plasmide pourrait augmenter limité par les effets délétères de l’hypermutation La capacité à dégrader les quinolones a été décrite chez les champignons et pourrait être acquise par les bactéries. Les systèmes d’efflux à médiation plasmidique sont connus pour d’autres agents antimicrobiens, et l’information génétique pour un système d’efflux dans les mêmes famille comme AcrAB-TolC a été décrite sur un plasmide transmissible Les plasmides de résistance d’isolats cliniques peuvent Le gène mcbG de l’immunité de microcin B, qui a une légère activité protectrice contre les quinolones , pourrait acquérir des gènes pour d’autres protéines conçues pour protéger l’ADN gyrase ou la topoisomérase IV contre les toxines naturelles mais aussi avec un effet antiquinolone. pour acquérir une résistance aux quinolones, il est probable que les bactéries continueront à démontrer leur polyvalence remarquable dans l’acquisition de la résistance aux agents thérapeutiques

Remerciements

Soutien financier National Institutes of Health subvention AI; accord pour des services avec Bayer PharmaceuticalsPotential conflits d’intérêts GAJ: financement de recherche de Merck, consultant de Bayer Pharmaceuticals, et honoraires de conférencier de Bayer Pharmaceuticals et Ortho-McNeil